CN203472566U - 电动车辆高压电气过载短路保护系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种电动车辆高压电气过载短路保护系统，其包括整车控制器、动力电池以及连接在动力电池上的主正供电线路和主负供电线路，主正供电线路上连接有主正固态继电器和高压电流传感器，主正供电线路和主负供电线路之间连接有高电压传感器，上述高压电流传感器和高电压传感器的信号输出端电连接至一过载短路保护控制器上，上述主正固态继电器的控制端通过一门电路同时与整车控制器的使能输出端和过载短路保护控制器的输出端电连接。本实用新型能在高压线路过载和短路时及时有效地将供电线路切断，且整个系统结构简单，控制可靠，保障了车辆的高压电气系统用电安全。
Description
技术领域
本实用新型涉及电动车辆领域，具体的说是一种电动车辆高压电气过载短路保护系统。
背景技术
电动车辆的安全关键取决于高压电气系统安全，如何实时在线采集高压电气系统的电压和电流等参数，并且进行监控和保护是保障高压系统安全的重要途径。电动车高压电气系统电流长时间过载，主正、主负供电线路短路是严重威胁电动车安全的两种主要故障。
传统电动车高压电气系统设计中，采用机械继电器控制高压电气系统主正回路的通、断，机械继电器响应时间较长。若控制机械继电器频繁处于通、断状态，则机械继电器很容易发生粘连现象。
电动车高压电气系统设计一般采用熔断器串联在高压主正回路中。若电动车高压电气系统主正、主负回路发生短路故障时，高压电气系统回路中的电流会瞬时增大。熔断器依靠通过电流的热累计效应发生烧断，从而有效断开高压电气系统回路。电流的热累计效应需要时间的累计，时间较长，不能及时断开高压电气系统回路，对电动车的高压用电设备，如电机控制器MCU、电动辅机DC/AC、电动空调和车载电池DC/DC等，不能起到快速反应进行保护的功能。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、控制可靠、能在过载和短路时将线路及时切断的电动车辆高压电气过载短路保护系统。
为解决上述技术问题，本实用新型的电动车辆高压电气过载短路保护系统包括整车控制器、动力电池以及连接在动力电池上的主正供电线路和主负供电线路，其结构特点是所述主正供电线路上连接有主正固态继电器和高压电流传感器，主正供电线路和主负供电线路之间连接有高电压传感器，上述高压电流传感器和高电压传感器的信号输出端电连接至一过载短路保护控制器上，上述主正固态继电器的控制端通过一门控制电路同时与整车控制器的使能输出端和过载短路保护控制器的输出端电连接。
所述过载短路保护控制器包括用于采集高压电流传感器和高电压传感器信号的电流电压采集单元、对上述采集来的信号进行处理的信号处理单元和对处理后的信号进行分析对比并向输出端发出逻辑控制信号的单片机。
本实用新型的电动车辆高压电气过载短路保护系统还包括单独给所述高压电流传感器和高电压传感器供电的传感器电源，该传感器电源与整车车载电池连接。
所述主负供电线路上串联有主负继电器。
所述门控制电路包括一具有双输入端的与非门，该与非门的输出端与主正固态继电器的控制端连接，整车控制器的使能输出端经过取反运算后与上述与非门的第一路输入端连接，过载短路保护控制器的输出端直接与上述与非门的第二路输入端连接。
采用上述结构，利用固态继电器控制动力电池的主正供电线路，高压电流传感器在电动车高压电气系统运行期间实时采集高压系统动力电池主正供电线路的电流，高电压传感器和辅助元件用于在电动车高压电气系统运行期间实时采集高压系统动力电池主正、主负供电线路之间的电压，采用独立的传感器电源为高压电流传感器和高电压传感器提供电源。
过载短路保护控制器根据采集到的高压电流传感器和高电压传感器的输入值进行逻辑判断，若动力电池主正、主负供电线路出现过载或者短路现象，则过载短路保护控制器输出低电平信号（数字逻辑0）；若电动车高压电气系统的动力电池主正、主负供电线路未出现过载或者短路现象，则过载短路保护控制器输出高电平信号（数字逻辑1）。整车控制器控制主正固态继电器使能输出时，为低电平输出（数字逻辑0）；未使能状态时，为高电平输出（数字逻辑1）。整车控制器的使能信号与过载短路保护控制器输出端信号通过与非门进行逻辑判断输出，其中，整车控制器的使能信号输入到与非门之前，先经过取反运算。因此，只有在整车控制器使能输出，过载短路保护控制器处于安全状态，高电平悬置时，电动车高压系统动力电池主正供电线路固态继电器闭合。其他情况时主正固态继电器均处于断开状态，从而有效保证电动车高压电气系统处于安全状态，防止高压电气回路发生电流过载时间较长和发生高压电气主正、主负回路发生短路的安全事故。
采用固态继电器控制电动车高压系统动力电池主正供电线路较采用机械继电器具有明显的优势。固态继电器响应时间短，一般在微秒级。而机械继电器响应时间较长，一般为几十毫秒。固态继电器无机械触点操作，较机械继电器具有较高的动作频率，可以有效防止频繁动作导致的继电器粘连现象。
综上所述，本实用新型能在高压线路过载和短路时及时有效地将供电线路切断，且整个系统结构简单，控制可靠，保障了车辆的用电安全。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型中过载短路保护控制器的原理框图。
具体实施方式
参照附图，本实用新型的电动车辆高压电气过载短路保护系统包括整车控制器1、动力电池2以及连接在动力电池2上的主正供电线路21和主负供电线路22，主正供电线路21上连接有主正固态继电器3和高压电流传感器4，主正供电线路21和主负供电线路22之间连接有高电压传感器5，上述高压电流传感器4和高电压传感器5的信号输出端电连接至一过载短路保护控制器6上，上述主正固态继电器3的控制端通过一门电路同时与整车控制器1的使能输出端和过载短路保护控制器6的输出端电连接。对于过载短路保护控制器6，其包括用于采集高压电流传感器4和高电压传感器5信号的电流电压采集单元61、对上述采集来的信号进行处理的信号处理单元62和对处理后的信号进行分析对比并向输出端发出逻辑控制信号的单片机63。
参照附图，本系统还包括用于给所述高压电流传感器4和高电压传感器5供电的传感器电源7，该传感器电源7电连接在整车车载电池上。传感器电源7将整车车载电池24V电压转化为±15V电压输出，从而分别为高压电流传感器4和高电压传感器5提供±15V电压电源。
参照附图，为了进一步保障安全，主负供电线路22上串联有主负继电器8。主负继电器采用普通机械式继电器即可。
参照附图，对于门电路，其作用是将来自整车控制器和过载短路保护控制器的信号通过逻辑运算后输出，从而对主正固态继电器3进行控制，其根据需要可通过各种门的组合门电路来实现，本实用新型优选的一种结构为：门电路包括一具有双输入端的与非门9，该与非门9的输出端与主正固态继电器3的控制端连接，整车控制器1的使能输出端经过取反运算后与上述与非门9的第一路输入端连接，过载短路保护控制器6的输出端直接与上述与非门9的第二路输入端连接。
下面给出本实用新型的过载短路保护系统的逻辑控制表： 
上表为本实用新型中门电路的逻辑控制表。
参照上表和附图，过载短路保护控制器6根据采集到的高压电流传感器4和高电压传感器5的输入值进行逻辑判断，若动力电池主正、主负供电线路出现过载或者短路现象，则过载短路保护控制器6输出低电平信号（数字逻辑0）；若电动车高压电气系统的动力电池主正、主负供电线路未出现过载或者短路现象，则过载短路保护控制器6输出高电平信号（数字逻辑1）。整车控制器1控制主正固态继电器使能输出时，为低电平输出（数字逻辑0）；未使能状态时，为高电平输出（数字逻辑1）。整车控制器1的使能信号与过载短路保护控制器6输出端信号通过与非门进行逻辑判断输出，其中，整车控制器1的使能信号输入到与非门之前，先经过取反运算。因此，只有在整车控制器1使能输出，过载短路保护控制器6处于安全状态，高电平悬置时，主正固态继电器3闭合。其他情况时主正固态继电器3均处于断开状态。
对于电动车高压电气系统处于电流过载情况的判断：高电压传感器5的输出值为高压系统动力电池电压值，高压电流传感器4按照一定电流变化加速度超出电动车高压电气系统回路正常的过载电流值，则此时电动车高压电气系统处于电流过载状态。
对于电动车高压电气系统主正、主负回路处于短路故障情况的判断：高电压传感器5的输出值接近0V（<<高压系统动力电池电压值），高压电流传感器4瞬间（电流变化加速度较大）超出电动车高压电气系统回路正常的过载电流值，则此时电动车高压电气系统主正、主负供电线路出现短路故障。
另外，为避免过载时因断开主正固态继电器3导致的动力源消失的情况，过载短路保护控制器6根据检测到的高压电气系统过载时间进行判断，若高压电气系统过载时间低于设定的安全值，则过载短路保护控制器6输出高电平信号（数字逻辑1）；若高压电气系统过载时间高于设定的安全值，则过载短路保护控制器6输出低电平信号（数字逻辑0）。
综上所述，本实用新型不限于上述具体实施方式。本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下，可做若干的更改和修饰。本实用新型的保护范围应以本实用新型的权利要求为准。
Claims (5)
1.一种电动车辆高压电气过载短路保护系统，包括整车控制器（1）、动力电池（2）以及连接在动力电池（2）上的主正供电线路（21）和主负供电线路（22），其特征是所述主正供电线路（21）上连接有主正固态继电器（3）和高压电流传感器（4），主正供电线路（21）和主负供电线路（22）之间连接有高电压传感器（5），上述高压电流传感器（4）和高电压传感器（5）的信号输出端电连接至一过载短路保护控制器（6）上，上述主正固态继电器（3）的控制端通过一门电路同时与整车控制器（1）的使能输出端和过载短路保护控制器（6）的输出端电连接。
2.如权利要求1所述的电动车辆高压电气过载短路保护系统，其特征是所述过载短路保护控制器（6）包括用于采集高压电流传感器（4）和高电压传感器（5）信号的电流电压采集单元（61）、对上述采集来的信号进行处理的信号处理单元（62）和对处理后的信号进行分析对比并向输出端发出逻辑控制信号的单片机（63）。
3.权利要求1所述的电动车辆高压电气过载短路保护系统，其特征是该系统还包括用于给所述高压电流传感器（4）和高电压传感器（5）供电的传感器电源（7），该传感器电源（7）电连接在整车车载电池上。
4.权利要求1所述的电动车辆高压电气过载短路保护系统，其特征是所述主负供电线路（22）上串联有主负继电器（8）。
5.权利要求1或2或3或4所述的电动车辆高压电气过载短路保护系统，其特征是所述门电路包括一具有双输入端的与非门（9），该与非门（9）的输出端与主正固态继电器（3）的控制端连接，整车控制器（1）的使能输出端经过取反运算后与上述与非门（9）的第一路输入端连接，过载短路保护控制器（6）的输出端直接与上述与非门（9）的第二路输入端连接。
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